E-MAIL

gp-diekos@tut.by

Звоните нам:

+375 (17) 228-00-03

Химическая промывка котлов и технологического оборудования

  • Главная
  • Услуги
  • Химическая промывка котлов и технологического оборудования

Химическая промывка котлов и технологического оборудования.

Для того, чтобы обеспечивать эффективный теплообмен, внутренние поверхности котлов и технологического оборудования, непосредственно контактирующие с водой и паром должны содержаться в чистоте и быть свободными от отложений.   Поверхность котловых труб непосредственно имеющая контакт с огнем (топка котла) обычно состоит из магнитного железняка (магнетита) и меди. Химическая промывка котлов и технологического оборудования должна быть тщательно спланирована. Критерии, определяющие успешность химических процедур и эффективность реагентов для растворения тех или иных отложений, определяются на основе детального анализа.

Появление отложений и накипи в котлах и технологическом оборудовании это неизбежный, прогрессирующий процесс. Даже при наличии хорошей водоподготовки и строго контроля над конденсатом при помощи химических добавок, накипь и отложения будут появляться.

Отложения вызывают следующие основные проблемы:

  • Увеличение температуры стенок труб;
  • Уменьшение теплоотдачи, влекущее за собой   увеличение стоимости энергии и  потерю   надёжности.
  • Увеличение температуры стенок труб происходит в результате низкой термической удельной проводимости отложений по сравнению с металлом.
  • Уменьшение теплоотдачи может привести к тому, что расчётная температура стенок трубы будет превышена, в конечном итоге это может привести к выходу трубы из строя в результате разрушения при ползучести. Эффективность теплопередачи определяется как отношение производительности котла к расходу топлива, как только отложения начинают уменьшать теплоотдачу, потребуется больше топлива для производства расчётной температуры, таким образом, происходит общая потеря эффективности и потери энергии. В конечном счёте, удаление отложений и окалины из котла или и технологического оборудования становиться насущной необходимостью для предотвращения его повреждений. Одним из путей удаления отложений и окалины является химическая промывка оборудования. Химическая промывка оборудования это многоступенчатый процесс, направленный на удаление всех существующих видов отложений с  внутренних поверхностей нагрева котлов, технологического оборудования. В результате гидротехническая система должна остаться чистой и дезактивированной.

Химический состав отложений в котлах и технологическом оборудовании.

Главным компонентов отложений в котлах является магнетит (Fe3O4), который формируется как продукт реакции металлического железа с высоко-температурным паром. Другие кристаллические материалы, некоторые из них приведены в табл. 1, также могут формировать отложения. Медь присутствует по причине коррозии медных сплавов конденсаторов питающей воды из алюминиевой бронзы и подогревателей, часто из-за проникновения кислорода в эти системы. Медь транспортируется через паровой узел, где её частицы оседают на внутренних поверхностях котла. Другие компоненты, представленные в табл. 1, оседают на внутренних поверхностях котла таким же образом, а кроме того они могут происходить из загрязнений питающей воды или применения устаревших средств водоподготовки на основе солей ортофосфорной кислоты. Помимо кристаллических неорганических соединений, в отложениях может присутствовать органический  осадок.  

                    

Состав котловых отложений

Компоненты

Формула

Ангидрит

CaSO4

Арагонит

CaCO3

 

Mg(OH)2

Медь

Cu

Кальцит

CaCO3

Гематит (красный железняк)

Fe2O3

Гидроксиапатит

Ca10(OH)2(PO4)6

Магнетит(магнитный железняк)

Fe3O4

Кварц

SiO2

Тринардит

Na2SO4

Волостанит

CaSiO3

 При разработке плана химической промывки необходимо принять во внимание различные компоненты, присутствующие в отложениях для того, чтобы подобрать оптимальные химические реагенты. Рекомендованные на основе анализа реактивы должны эффективно удалять отложения и окалину, не повреждая металла находящегося под ними.

Определение необходимости химической промывки котла.

 Необходимость проведения химической промывки выявляется при проведении плановых проверок рабочих частей котла. Проверка должна выявить проблемные зоны котла, которые наиболее всего поражены коррозией или содержат наибольшее количество отложений. Другие факторы, воздействующие на решение о проведении проверок:

- потеря общей эффективности;

- наличие участков перегрева – например, засвидетельствованных

  инфракрасными исследованиями;

- разрушение труб при штатной эксплуатации.

       Если данные, полученные в ходе плановой проверки, устанавливают возможность необходимости химической проверки, забор вырезок котловых труб является самым надёжным способом проведения подготовительного анализа. Вырезки труб должны забираться из проблемных зон. Длина вырезки трубы должна быть  около 1 метра, для того чтобы инструменты для забора (отрезной круг или газовый резак) не загрязняли накипь в центре вырезки окалиной или опиловкой. Затем отложения должны быть проанализированы, существует несколько методик определения их химического состава.

Плотность накипи определяется гравиметрическим методом после растворения в ингибированной соляной кислоте. Потеря веса при нагревании в печи определяет процент содержания углеводородов, который затем определяет необходимость щелочного обезжиривания. Необходимость очистки выявляется на основе анализа плотности отложений. Таблица 2 показывает шкалу плотности отложений в соответствии с необходимыми действиями.

Шкала плотности отложений и адекватных действий

                                                                                 таблица 2

Плотность отложений

мг/см2

Рекомендованные действия

< 25

Ничего не надо предпринимать

25-75

Хим. промывка в течение одного года

75-100

Хим. промывка в течение 3 месяцев

> 100

Хим. промывка перед возобновлением операций

 

 Шаги по проведению химической промывке котлов и выбору технологической обработки.

 

Очистка котлов обычно состоит из комбинации следующих стадий:

- Механическая очистка

- Промывка водой

- Обработка щелочами

- Очистка органическими растворителями

- Нейтрализация и пассивация

Механическая очистка и промывка водой могут удалить рыхлую окалину и другие не зацементировавшиеся отложения с внутренней поверхности котла. Обработка щелочами удаляет масла и углеводороды, которые могут помешать растворению отложений кислотными промывочными реагентами. На стадии очистки органическими растворителями отложения удаляются из котла при помощи реагентов на основе ингибированной кислоты. После их удаления, только что очищенный активный металл становиться незащищённым. Стадия нейтрализации и пассивации применяется для того, чтобы удалить любые оставшиеся следы оксида железа и покрыть активный металл хорошо пассивированным слоем.

Состав отложений, их количество и распределение сильно отличаются от котла к котлу и даже внутри одного котла в различные периоды его эксплуатации. Поэтому необходимо в каждом случае проводить специфическую промывку или серию промывок, чтобы наиболее эффективно провести тщательно и безопасно очистить котёл, согласно заданным стандартам.

Основные критерии, которые должны быть выдержаны это:

- Очистка должна быть безопасной и совместимой с материалами, из которых выполнено промываемое оборудование.

- Отложения должны демонстрировать достаточную растворимость в процессе выбранного вида очистки. Необходимо обращать внимание на возможность образования любых нерастворимых веществ при процессе реакции и не допускать их образование, что позволит достичь заданной степени очистки.

Удовлетворяя этим критериям, сделайте окончательный выбор, однако, стоит принять во внимание и другие критерии как-то: стоимость, проблема с утилизацией отходов и отведённое на промывку время.

Химическая очистка обычно включает одну или более стадий из ниже перечисленных:

- горячее щелочное обезжиривание,

- удаление меди,

- промывка реагентами на основе кислоты с последующей нейтрализацией и   пассивацией

Лабораторные исследования установят последовательность стадий химической очистки. Гидродинамическая промывка может быть использована для удаления не зацементировавшихся отложений. Если гидродинамическая промывка была произведена, за ней должны последовать удаление коррозийного налёта и пассивация.

 

Стадия обработки горячей щелочью.

 

Если присутствуют масло, смазки, углерод или какая-либо органика, их необходимо удалить в процессе химической очистки. Выбор метода зависит от степени загрязнённости. Обработка горячей щёлочью используется только в тех случаях, когда органические отложения могут повлиять на эффективность химической очистки. Если растворяемость отложений в промывочном реагенте более 70% с или без добавления поверхностно-активных веществ, отдельная стадия обработки горячей щёлочью не требуется.

Обезжиривание кальцинированной содой (Na2CO3) это мягкая обработка, применяемая в тех случаях, когда загрязнения изначально состоят из легкого масла или смазок; с менее чем 5 %-ным содержанием органических загрязнений. Таблица 3 показывает контрольные параметры для щелочного обезжиривания при помощи кальцинированной соды.

Контрольные параметры для щелочного обезжиривания кальцинированной содой.          

таблица 3

Химикаты

Концентрация

Карбонат натрия

От 0.5 до 1.0 % от веса

Метасиликат натрия

От 0.5 до 1.0 % от веса

Трисодиум фосфат

От 0.5 до 1.0 % от веса

Поверхностно-активное вещество

От 0.1 до 0.2 % от объёма

Пенопоглатитель(если требуется)

От 0.05 до 0.1% от объёма

Температурный предел

155 °C

Циркуляция

Нормальная рабочая

Продолжительность обработки

От 18 до 24 часов

Скорость коррозии

< 2 mpy

      Обезжиривание каустической содой (NaOH) обычно используется для всех новых котлов,  в случае если присутствует вторичная окалина или если загрязнения от 5 до 30%. Таблица 4 показывает контрольные параметры для обезжиривания каустической содой.

      Контрольные параметры для обезжиривания каустической содой.

                                                                                            таблица 4.

Химикаты

Концентрация

 

Гидрат натрия

(каустическая сода)

От 1.0 до 2.0% от веса

Трисодиум фосфат

От 0.5 до 1.0 % от веса

Поверхностно-активное вещество

От 0.1 до 0.3 % от объёма

Пенопоглатитель(если требуется)

От 0.05 до 0.1% от объёма

Температурный предел

155 °C

Циркуляция

Нормальная рабочая

Продолжительность обработки

От 18 до 24 часов

Скорость коррозии

< 2 mpy

       

 Перманганат калия (KMnO4) используется там, где количество органических загрязнений значительное (>30) и накоксованное. Эта обработка должна применяться только там, где тип загрязнений и их количество нельзя удалить иначе, так как её стоимость, проблемы с утилизацией и сложность последующей химической промывки значительно выше, чем при альтернативных вариантах. Контрольные параметры для щелочного обезжиривания с перманганатом показаны в таблице 5.

Контрольные параметры для щелочного обезжиривания с перманганатом.

таблица 5.

Химикаты

Концентрация

 

Гидрат натрия

(каустическая сода)

От 1.0 до 2.0% от веса

Перманганат калия

От 1.0 до 3.0% от веса

Температурный предел

100 °C

Циркуляция

От1200 л/мин до 4500 л/мин

Продолжительность обработки

От 6 до 12 часов

Скорость коррозии

< 2 mpy

       

Там где отложения содержат большое количество сульфата кальция (т. е. 10%) обработка по преобразованию сульфата может быть необходима и экономически обоснована. Она будет способствовать увеличению растворимости накипи в течение последующей обработки кислотными промывочными реагентами, такими как ингибированная соляная кислота. Контрольные параметры обработки преобразования сульфатов показаны в таблице 6.

Контрольные параметры обработки преобразования сульфатов.

таблица 6.

Химикаты

Концентрация

Карбонат натрия

От 1.0 до 5.0 % от веса

Поверхностно-активное вещество

От 0.1 до 0.2 % от объёма

Температурный предел

95 °C

Циркуляция

От1200 л/мин до 4500 л/мин

Продолжительность обработки

От 12 до 24 часов

Скорость коррозии

< 2 mpy

      

Если концентрация меди в отложениях больше 10%, необходима раздельная обработка, чтобы растворить как можно больше меди перед очисткой кислотными промывочными реагентами. Произведите оценку меди, которая должна быть удалена на основе анализа отложений и используйте один из приведенных видов обработки щелочами для того, чтобы привести понизить уровень содержания меди менее 10%. Другие виды щелочной обработки с карбонатом аммония и нитратом натрия также применимы для удаления меди при более чем 10% концентрации. Оставшаяся в котле медь будет удалена в процессе промывки кислотными реагентами. Таблица 7 показывает контрольные параметры для удаления меди с гидрокарбонатом аммония, воздухом или кислородом.

Контрольные параметры для удаления меди с гидрокарбонатом аммония, воздухом или кислородом.

таблица 7.

Химикаты

Концентрация

Гидрокарбонат аммония

1.6 л/кг удаляемой меди

Водоаммиачный раствор (нашатырный спирт)

2.4 л/кг удаляемой меди   рН  = 9.5

Воздух или кислород

От 1.3 до 1.5 м3/мин

Температура

50-60°C

Время обработки

От2 до 4 часов

Скорость коррозии

< 2 mpy

     

 Стадия химической очистки кислотными реагентами.

Соляная кислота – с тех пор как ингибированная соляная кислота производиться с хорошей растворяющей способностью по отношению к широкому разнообразию отложений, ингибированная соляная кислота наиболее широко применяемый реагент для растворения отложений. Это экономичный и легкий в управлении вид химической промывки. При соблюдении параметров и при правильном добавлении ингибиторов этот метод показывает хорошие коррозийные характеристики. Процесс достаточно гибкий и может быть подогнан для удаления медных соединений посредством добавления тиомочевины (H2NCSNH2), для того, чтобы усилить удаление диоксида кремния посредством добавления гидродифторида аммония или удаление органики посредством добавления ПАВ. Этот вид промывки не совместим с нержавеющей сталью. Когда концентрация меди в отложениях более 10% необходимо раздельное удаление меди перед использованием соляной кислоты. Таблица 8. показывает контрольные параметры при промывке соляной кислотой.

Контрольные параметры при промывке соляной кислотой.

Таблица 8.

Химикаты

Концентрация

Соляная кислота

3.5 -7.5 % от веса

Ингибитор

0.2 - 0.3 % от веса или согласно рекомендации производителя

ПАВ

0.0 to 0.2 % от объёма

Гидродифторид аммония

0.0 to 1.0 % от веса

Тиомочевина (H2NCSNH2)

0.0 to 1.5 % от веса

(до 5 кг/кг удаляемой меди)

Щавелевая кислота

1.0 % от веса

Температура

70 °C to 82°C

Скорость циркуляции

1200 л/мин до 4500 л/мин

Время обработки

От 8 до 18 часов

Скорость коррозии

< 600 mpy

Всего растворенного железа

10,000 мг/л maximum

 

Лимонная кислота - Лимонная кислота совместима с легированной сталью и требует низкий уровень хлоридных растворителей и легка в использовании , более безопасна и имеет лучшие антикоррозийные характеристики по сравнению с соляной кислотой. Она менее агрессивна в растворении отложений из оксидов железа и к тому же требует более высокой температуры и более длительного контактного времени . Он имеет очень ограниченный эффект воздействия на соли кальция в отложениях. И обычно это более дорогостоящая процедура по сравнению с очисткой соляной кислотой.

Обычные причины для выбора очистки лимонной кислотой:

         - Наличие аустенитных материалов конструкции.

         - Необходимость наиболее эффективного удаления меди из сильно загрязненных  

           медью отложений.

Уменьшает общее время процедур по очистке т. к. нет необходимости сливать воду, промывать водой и наполнять заново котёл, поскольку удаление железа, меди, нейтрализация и пассивация могут быть произведены с помощью одного раствора.

Контрольные параметры промывки лимонной кислотой приведены в таблице 9.

Контрольные параметры очистки лимонной кислотой.

Таблица 9.

Химикаты

Концентрация

Фаза удаления железа

Лимонная кислота

2,5-5,0% от веса

Ингибитор

0.2 – 0.3 % от объёма или рекомендованный производителем

Аммоний

Добавить достаточно до рН 3,5 до 4,0

Фаза удаления меди и пассивация

Аммоний

Добавить достаточно до рН 9.2

Гидрокарбонат аммония

1,0% от веса

Нитрит натрия

0,5% от веса

Предел температур:

- фаза удаления железа

- фаза удаления меди и пассивации

 

79°C - 93°C

45°C - 50°C

Циркуляция

1200 л/мин до 4500 л/мин

Время выполнения

Фаза удаления железа

4-8 часов

Фаза удаления меди

4-8 часов

Всего растворенного железа

10,000 мг/л maximum

Скорость циркуляции

1200 л/мин до 4500 л/мин

Скорость коррозии

< 660 mpy

 

 ЭДТУ – Очистка с помощью этилендиаминтетрауксусной кислоты обычно является более дорогой по сравнению с лимонной или соляной кислотой. Помимо этого для получения достаточной степени очистки необходима более высокая температура. Скорости коррозии низкие, ниже должным образом контролируемых условий;  удаление оксидов железа; удаление меди, нейтрализация и пассивация, могут достигаться последовательно в одном растворе. ЭДТУ циркулирует при обычном режиме работы котла и продувки воздухом. Необходимость обеспечения временных циркуляционных насосов, работы по подключению и врезка в трубы, таким образом, устраняются.

В таблице 10 показаны контрольные параметры очистки ЭДТУ.

Контрольные параметры очистки ЭДТУ.

Таблица 10.

Химикаты

Концентрация

Фаза удаления железа

ЭДТУ

3-10.0% от веса

Ингибитор

0.2 – 0.3 % от объёма или рекомендованный производителем

Аммоний

Добавить достаточно до рН 9.2

Фаза удаления меди и пассивация

Нитрит натрия

0.5% от веса

Предел температур:

- фаза удаления железа

- фаза удаления меди и пассивации

 

121°C - 149°C

60°C - 71°C

Циркуляция

Обычная циркуляция

Время выполнения

12-18 часов

Скорость коррозии

< 200 mpy

 Серная кислота – серная кислота является очень эффективным растворителем для оксидов железа, сульфидов железа и, обычно, она дешевле соляной кислоты. Её можно применять для очистки нержавеющей стали. Однако, она значительно более опасна  в применении. Серная кислота в такой концентрированной форме очень агрессивна и её контакт с кожей или глазами очень опасен. Промывка серной кислотой не рекомендуется, если отложения содержат большое количество кальция из-за формирования нерастворимых сульфатов кальция. Таблица 11 показывает контрольные параметры при обработке серной кислотой.

Контрольные параметры при обработке серной кислотой.

Таблица 11.

Химикаты

Концентрация

Серная кислота

4.0 – 8.0 % от веса

Ингибитор

0.2 – 0.3 % от объёма или как рекомендовано производителем

ПАВ

0.0 – 0.2 % от объёма

Предел температур

60°C - 82°C

Скорость циркуляции

1200 л/мин до 4500 л/мин

Время выполнения

От 4 до 12 часов

Скорость коррозии

< 600 mpy

Всего растворенного железа

10,000 мг/л maximum

 Сульфаминовая кислота – сульфаминовая кислота имеет преимущество в том, что будучи кристаллическим твёрдым веществом, её легко складировать, применять и смешивать. Она часто продаётся с ингибитором и цветным индикатором определения крепости раствора серной кислоты. Эта кислота совместима с нержавеющей сталью и является умеренно агрессивным растворителем для оксидов железа и карбонатов кальция. Из-за её сравнительно высокой стоимости она обычно используется для промывки оборудования малого объёма. Контрольные параметры для сульфаминовой кислоты приведены в таблице 12.

Контрольные параметры для сульфаминовой кислоты.

Таблица 12.

Химикаты

Концентрация

Сульфаминовая кислота

5.0 – 10.0 % от веса

Ингибитор

0.1 – 0.2 % от объёма или как рекомендовано производителем

ПАВ

0.0 – 0.2 % от объёма

Предел температур

55°C - 65°C

Скорость циркуляции

1200 л/мин до 4500 л/мин

Время выполнения

От 4 до 12 часов

Скорость коррозии

< 600 mpy

Всего растворенного железа

10,000 мг/л max

Гидродинамическая очистка (ГДО)

Очень эффективная очистка для удаления не зацементированных отложений. Использование ГДО рекомендуется после химической промывки реагентами на основе кислоты и нейтрализации. После использования ГДО необходимо удалить налёт ржавчины и пассивировать котел перед его запуском. Таблица 13 показывает контрольные параметры ГДО.

Контрольные параметры ГДО.

                                                                                                                                        таблица 13.

Оборудование

Спецификация

Характеристики насосов

750 кВт, 68.94 МПа

1500 кВт, 137.88 МПа

Объём воды

От 30 л/мин до 50 л/мин

Диаметр отверстия

0.8 до 2.4 мм

Максимальная дистанция между наконечником форсунки и очищаемой поверхностью котла 

 25 мм

Диаметр гибкого шланга

19 мм (минимум)

Вода для промывки

Холодный конденсат пара

Добавки

Концентрация

Полимер

0.3 от объёма

ПАВ

0.1-0.2 от объёма

 Нейтрализация и пассивация.

После проведения промывки котла реагентами на основе кислот, необходимо провести нейтрализацию. Чтобы выполнить только нейтрализацию обычно, используют 0.5% карбонатом натрия, если рН 7 или больше, то требуется пассивация, нейтрализация достигается в процессе её выполнения. На выбор процесса пассивации влияет выбор кислотного реагента, с помощью которого проводится химическая промывка. После применения реагентов на основе лимонной кислоты или ЭДТУ  обычно возникает длительный эффект нейтрализации и пассивации с приемлемо регулируемым рН и добавлением окислителя. Применение реагентов на основе лимонной кислоты, аммония и нитритов или реагентов с углекислой солью и нитритами должно заканчиваться нейтрализацией и пассивацией. Если температура не поднимается выше температуры окружающей среды, нитритная\фосфатная обработка будет обеспечивать некоторую защиту металлическим поверхностям. Если поверхности были заржавлены, сначала удаляют ржавчину с помощью лимонной кислоты, аммиак и нитрит натрия добавляются позже для того, чтобы добиться более высокой степени пассивации.

Соответствующие контрольные параметры представлены в таблицах 14, 15, 16.

Контрольные параметры  нейтрализации углекислой солью.

Таблица 14.

Химикаты

Концентрация

Карбонат натрия

0.5-1.5% от веса

Нитрит натрия

0.5% от веса

Предел температуры

От 88°C до 93°C

Скорость циркуляции

1200 л/мин до 4500 л/мин

Время обработки

От 8 до 12 часов

Скорость коррозии

< 2 mpy

Контрольные параметры  нейтрализации фосфатами и нитритами.

Таблица 15.

Химикаты

Концентрация

Нитрит натрия

0.5 от веса

Мононатриевый фосфат

0.25% от веса

Динатриевый фосфат (Disodium phosphate)

0.25% от веса

Гидроксид натрия

Привести к рН до 7

Предел температуры

От 50°C до 65°C

Скорость циркуляции

1200 л/мин до 4500 л/мин

Время обработки

От 8 до 12 часов

Скорость коррозии

< 2 mpy


Контрольные параметры нейтрализации лимонной кислотой, аммиаком и нитратом натрия.

Таблица 16.

Химикаты

Концентрация

Лимонная кислота

2.5 от веса

Аммиак

Привести к 4 в процессе удаления ржавчины и привести рН к 9.5 в процессе пассивации

Нитрит натрия

0.5% от веса

Ингибитор

0.2 – 0.3 % от объёма или согласно рекомендациям производителя

Предел температуры

Удаление ржавчины от 65°C до 90°C

Стадия пассивации

от 45°C до 50°C

Скорость циркуляции

1200 л/мин до 4500 л/мин

Время обработки

От 8 до 18 часов

Скорость коррозии

< 600 mpy в процессе удаления ржавчины и привести < 2 mpy в процессе пассивации

 

Оценка качества химической очистки.


Обследование котла или технологического оборудования после химической промывки это ключевой момент для определения успешности выполнения процедуры. Визуально или с помощью приборов для осмотра поверхности глубоких отверстий определяется эффективность промывки. Внутри барабанов котлов, труб  и технологического оборудования не должно быть видимых следов воды и отделённых или накоксованных отложений.

Плотность отложений после очистки:

Используя таблицу 17 выполняют оценку эффективности химической промывки.


Оценка эффективности химической промывки.

Таблица 17.

Присутствие отложений, (мг/кв.см)

Оценка выполнения

1.0 или ниже

Наилучшая

Между 1 – 2

Лучшая

Между 2 – 3

Хорошая

Между 3 – 5

Приемлемая

> 5

Неприемлемая

Стадия пассивации

Удаление ржавчина при 65°C до 90°C

Выводы

Для эффективной работы оборудования, контроля образования коррозии, надёжности и предотвращения аварий необходимо производить промывку котлов  и технологического оборудования периодически. Очистка достигается при выполнении комбинации из нескольких стадий. В некоторых случаях необходимо использование всех стадий промывки, степень загрязненности котла может очень сильно варьироваться от одного к другому. Точное определение процедур, которые следуют использовать, зависит от плотности отложений и результата их анализа, вздутий или поломок труб, анализа водоподготовки, обследование и история очищаемого оборудования.